基于OBS—JET協(xié)議的光網(wǎng)路由設(shè)計(jì)

摘 要： 全光網(wǎng)絡(luò)的RWA算法，認(rèn)為整個(gè)網(wǎng)絡(luò)處于一種理想狀態(tài)。而在實(shí)際傳輸過程中，由于非理想的傳輸設(shè)備，物理層傳輸損傷達(dá)到一定程度時(shí)，信號(hào)不可接受。為了在OBS網(wǎng)絡(luò)中提供高質(zhì)量的連接，提出一種充分考慮網(wǎng)絡(luò)中的信號(hào)質(zhì)量和網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)的路由機(jī)制，使得在選取路徑時(shí)盡量繞開那些存在故障或繁忙的節(jié)點(diǎn)，并根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)變化重新定位路徑，確保網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：全光網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì) 光突發(fā)交換 JET

中圖分類號(hào)：TN9 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-9082（2016）10-0013-01

一、引言

全光OBS網(wǎng)絡(luò)中，基于JET（Just-Enough-Time）協(xié)議的數(shù)據(jù)突發(fā)在某個(gè)連接核心節(jié)點(diǎn)間無(wú)須進(jìn)行O-E-O轉(zhuǎn)換，所行進(jìn)的光路是由先前發(fā)出的控制信息事先安排好的，路由和分配（RWA）算法用來(lái)決定滿足連接的光通路。大多數(shù)的RWA問題在處理的時(shí)候認(rèn)為，在理想的光網(wǎng)絡(luò)中，信號(hào)沿光通路傳輸是沒有錯(cuò)誤的。但是，在實(shí)際的傳輸過程中，物理層的確存在傳輸損傷，并且有可能嚴(yán)重的影響整個(gè)光網(wǎng)絡(luò)的性能。在OBS網(wǎng)絡(luò)中，由于數(shù)據(jù)突發(fā)無(wú)須進(jìn)行O-E-O轉(zhuǎn)換和再生，非理想的傳輸設(shè)備容易產(chǎn)生噪聲和信號(hào)變形，這些噪聲和信號(hào)變形沿光路進(jìn)行積累。有時(shí)造成比特錯(cuò)誤率（BER）異常升高，所接收到的信號(hào)不可接受，從而引起物理層的阻塞，光通路不可用。因此，在OBS網(wǎng)絡(luò)中RWA問題要充分考慮網(wǎng)絡(luò)中的傳輸狀態(tài)問題，提供動(dòng)態(tài)連接。智能理由設(shè)計(jì)可以在監(jiān)測(cè)出網(wǎng)絡(luò)中的故障后提供一個(gè)應(yīng)急處理，使得網(wǎng)絡(luò)盡可能的保存通暢。

在高速光網(wǎng)絡(luò)中，放大器噪聲和極化模式色散是兩種重要的線性損傷。如果積累的噪聲使光信噪比（OSNR）低于門限要求，光通路就不能使用。相比傳統(tǒng)的RWA，具有智能的RWA在計(jì)算和建立光通路時(shí)，考慮了物理層損傷這一因素，通過搜索合適的光通路，可以有效的減少連接阻塞，有效的控制網(wǎng)絡(luò)資源的利用。

二、JET協(xié)議的局限性

JET協(xié)議基于RFD，是光域中的突發(fā)交換協(xié)議。JET允許數(shù)據(jù)信道的交換完全在光域中進(jìn)行，其控制由在電域處理的突發(fā)控制分組信息決定。其偏置起始時(shí)間是在邊緣節(jié)點(diǎn)預(yù)先設(shè)定好的，從而降低了核心節(jié)點(diǎn)在頭部處理和光電處理能力的要求。

首先，對(duì)于偏置時(shí)間的設(shè)置問題，對(duì)于初始時(shí)間即不能太大，也不能太小，但究竟如何設(shè)置才能達(dá)到一個(gè)最優(yōu)的效果，這是JET協(xié)議在今后研究中需要解決的問題之一。

其次，雖然目前已有多種機(jī)制進(jìn)行沖突規(guī)避，如波長(zhǎng)變換、光纖延遲、偏射路由等，但應(yīng)如何協(xié)調(diào)他們之間的工作？波長(zhǎng)變換以及光纖延遲的使用很大程度上牽涉到成本問題，過度的依賴會(huì)造成網(wǎng)絡(luò)成本的急劇升高，而偏射路由與網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)密不可分。因此，如何找到一個(gè)它們之間的最佳結(jié)合點(diǎn)，也是JET協(xié)議需要解決的問題之一。

三、算法思想

由于絕大多數(shù)RWA算法將OBS網(wǎng)絡(luò)看作是一個(gè)理想網(wǎng)絡(luò)，在光通路由分配的時(shí)候并沒有考慮傳輸損傷，不能對(duì)低信號(hào)質(zhì)量的傳輸進(jìn)行補(bǔ)償，從而造成了較差的QOS，甚至無(wú)法提供有效的服務(wù)。

一般的路由設(shè)計(jì)主要包括兩個(gè)步驟：光通量計(jì)算和光通量確認(rèn)。每種算法使用網(wǎng)絡(luò)層模塊來(lái)識(shí)別光通路。而不考慮此鏈接的傳輸損傷。如果沒有可用的路由或波長(zhǎng)，網(wǎng)絡(luò)層的資源不足，鏈接請(qǐng)求就被阻塞。這種阻塞成為網(wǎng)絡(luò)資源阻塞。

而具有智能的路由算法采用最優(yōu)路徑算法，所有候選的最短路徑都通過其波長(zhǎng)拓?fù)溥M(jìn)行計(jì)算，在物理層模塊考慮到其信號(hào)質(zhì)量后，來(lái)進(jìn)行最短路徑的加權(quán)運(yùn)算。如果傳輸信號(hào)質(zhì)量不低于閥值，說明信號(hào)可以滿足一定的信號(hào)要求，能夠保證其較好的QoS，源節(jié)點(diǎn)就可以允許使用該光通路進(jìn)行連接。如果傳輸信號(hào)質(zhì)量低于閥值的不能保證其信號(hào)的QoS，此時(shí)我們將其所在的路徑設(shè)為網(wǎng)絡(luò)擁塞。然后重新進(jìn)行最短路徑的計(jì)算，選擇新的最優(yōu)路徑進(jìn)行傳輸。

四、算法描述

算法的具體實(shí)現(xiàn)步驟如下：步驟1：對(duì)于一個(gè)具有指定源/目的節(jié)點(diǎn)的連接請(qǐng)求，使用最短路徑算法（即Dijkstras算法），從網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渚仃囍杏?jì)算出最短路徑。如果最短路徑存在，則發(fā)送DBH和DB；如果最短路徑不存在，則把DBH和DB丟棄。步驟2：各節(jié)點(diǎn)對(duì)收到的信號(hào)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，如果發(fā)現(xiàn)收到的信號(hào)質(zhì)量不小于設(shè)定的閥值，則進(jìn)行正常傳輸；如果收到的信號(hào)質(zhì)量小于設(shè)定的閥值，則表明信號(hào)已不能保證服務(wù)質(zhì)量，將信號(hào)丟棄。并且向各邊緣節(jié)點(diǎn)發(fā)送故障信息。步驟3：邊緣節(jié)點(diǎn)收到發(fā)送的故障信息后，將網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渚仃囍械陌l(fā)送信息的節(jié)點(diǎn)和它的前驅(qū)節(jié)點(diǎn)間的對(duì)應(yīng)路徑權(quán)值設(shè)為∞。步驟4：如果某節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息時(shí)，所有的光路都被占用，則給節(jié)點(diǎn)向各邊緣節(jié)點(diǎn)發(fā)送繁忙信息，并且監(jiān)測(cè)模塊中的計(jì)時(shí)器開始計(jì)時(shí)，每隔一個(gè)時(shí)間段檢測(cè)有沒有空閑可調(diào)用的光路，如果沒有繼續(xù)向各邊緣節(jié)點(diǎn)發(fā)送繁忙信息。如果此時(shí)檢測(cè)到有空閑可用的信息，則向各邊緣節(jié)點(diǎn)發(fā)送空閑信息。步驟5：邊緣節(jié)點(diǎn)收到發(fā)送的繁忙信息時(shí)，將網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渚仃囍械陌l(fā)送信息的節(jié)點(diǎn)和它的后繼節(jié)點(diǎn)間對(duì)應(yīng)路徑權(quán)值加1，如果收到的是空閑信息，則將網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渚仃囍邪l(fā)送信息的節(jié)點(diǎn)和它的后繼節(jié)點(diǎn)間對(duì)應(yīng)的路徑權(quán)值改為（其中n為收到空閑信息前矩陣中對(duì)應(yīng)的權(quán)值）。如果=1，則向發(fā)送空閑信息的節(jié)點(diǎn)發(fā)送停止計(jì)時(shí)信息。步驟6：如果節(jié)點(diǎn)收到邊緣節(jié)點(diǎn)發(fā)來(lái)的停止計(jì)時(shí)信息，則讓監(jiān)測(cè)模塊中的計(jì)時(shí)器停止計(jì)時(shí)。步驟7：重新計(jì)算最短路徑。

五、算法分析

如果監(jiān)測(cè)到光路上的信號(hào)小于所定的閥值，則說明網(wǎng)絡(luò)中的信號(hào)無(wú)法保證其服務(wù)質(zhì)量。說明該節(jié)點(diǎn)和上一節(jié)點(diǎn)間出現(xiàn)了故障。此時(shí)把網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渚仃囍械臋?quán)值設(shè)為∞，即將該光路設(shè)為阻塞狀態(tài)。以使選取最短路徑時(shí)選取其它的路徑，從而減少了信息的丟棄率。如果發(fā)現(xiàn)一個(gè)節(jié)點(diǎn)中所有光路都被占用，這說明該節(jié)點(diǎn)和后一節(jié)點(diǎn)間的線路繁忙，算法中讓網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲袑?duì)應(yīng)的權(quán)值增加，使得其所在的光路通過最短路徑計(jì)算后，不再是最短，從而為該線路進(jìn)行了分流，如果一定時(shí)間后仍然繁忙，則權(quán)值繼續(xù)增加。如果該線路空閑，則其對(duì)應(yīng)的權(quán)值以開平方的速度減少，使該線路快速的恢復(fù)。有效的減少了連接阻塞，有效的控制網(wǎng)絡(luò)資源的利用。

作者簡(jiǎn)介：王秋云（1962-），女，漢族，山東曲阜人，學(xué)士，實(shí)驗(yàn)師，研究領(lǐng)域：物理實(shí)驗(yàn)方法。